監(jiān)測站多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)

姚 旭，張 軻

監(jiān)測站多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)

姚 旭，張 軻

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

監(jiān)測站在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中承擔(dān)著對在軌衛(wèi)星進(jìn)行信號收發(fā)與觀測、完成基本導(dǎo)航、定位報告等各類業(yè)務(wù)處理。監(jiān)測站的穩(wěn)定運行是關(guān)系到衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能否穩(wěn)定提供衛(wèi)星導(dǎo)航等服務(wù)的至關(guān)重要的因素。由于監(jiān)測站設(shè)備眾多，涉及多個分系統(tǒng)，如何實現(xiàn)監(jiān)測站的自主監(jiān)控管理和自動化運行是保證監(jiān)測站長期穩(wěn)定、可靠、自動運行的關(guān)鍵因素。提出一種基于三級管理架構(gòu)的多系統(tǒng)實時監(jiān)控管理技術(shù)用來實現(xiàn)對不同分系統(tǒng)不同類型設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控管理。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)有著較好的效果，實現(xiàn)了對監(jiān)測站上多系統(tǒng)和設(shè)備的自動化管理。

衛(wèi)星導(dǎo)航；監(jiān)測站；監(jiān)控管理

0 引言

監(jiān)測站分系統(tǒng)多，涉及的設(shè)備種類多，通過采用多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)，實現(xiàn)對不同分系統(tǒng)不同類型設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控管理，提高了自主監(jiān)控管理和自動化運行能力，保障了監(jiān)測站長期穩(wěn)定、可靠、自動運行。

國內(nèi)許多學(xué)者在多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)方面做了許多研究工作。王賢良等[1]提出了衛(wèi)星監(jiān)測站智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)；黃俊華等[2]提出了一種監(jiān)測衛(wèi)星連續(xù)運行的綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)；朱新菊等[3]提出了綜合自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)方法；張锫[4]提出了Linux系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理研究與應(yīng)用；尹常紅等[5]提出了服務(wù)器系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理技術(shù)與應(yīng)用。

1 監(jiān)測站監(jiān)控管理結(jié)構(gòu)

監(jiān)測站多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理是系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵，在系統(tǒng)設(shè)計中，采用基于多級管理架構(gòu)的實時監(jiān)控管理技術(shù)，構(gòu)建三層管理網(wǎng)絡(luò)，即現(xiàn)場監(jiān)控層、管理控制層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測站監(jiān)控管理結(jié)構(gòu)圖

2 現(xiàn)場監(jiān)控層

現(xiàn)場監(jiān)控層為監(jiān)測站各個設(shè)備單元，包括衛(wèi)星導(dǎo)航高精度測量設(shè)備、氣象設(shè)備、時頻設(shè)備、衛(wèi)通擴(kuò)頻終端設(shè)備、功放設(shè)備、天線設(shè)備和供電設(shè)備等不同類型的設(shè)備。為了實現(xiàn)對這些設(shè)備工作狀態(tài)的集中管理，監(jiān)測站中設(shè)計每臺設(shè)備都具備通過網(wǎng)絡(luò)上報自身工作狀態(tài)信息和接收控制指令并自動執(zhí)行的功能，并針對監(jiān)測站運行過程中對各類設(shè)備監(jiān)視控制的實際需求，分別設(shè)計每一臺設(shè)備上報的工作狀態(tài)信息和能夠接收執(zhí)行的控制指令，其中設(shè)備工作狀態(tài)信息主要包括設(shè)備工作模式、各模塊工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障告警信息和指令回執(zhí)等，控制指令主要包括設(shè)備工作模式設(shè)置、工作參數(shù)設(shè)置和主備切換設(shè)置等。

3 管理控制層

管理層為監(jiān)測站的數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控設(shè)備，包括業(yè)務(wù)處理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)視控制Web服務(wù)器和監(jiān)視控制Web客戶端?，F(xiàn)場監(jiān)控層的各個設(shè)備將工作狀態(tài)信息周期性地發(fā)送給業(yè)務(wù)處理服務(wù)器，由業(yè)務(wù)處理服務(wù)器進(jìn)行收集和統(tǒng)一處理后，按照統(tǒng)一的自定義格式發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進(jìn)行存儲。監(jiān)視控制Web服務(wù)器上的監(jiān)視控制軟件周期性地訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，獲取監(jiān)測站各個設(shè)備工作狀態(tài)信息。用戶在監(jiān)視控制Web客戶端上利用Web瀏覽器登錄監(jiān)視控制Web服務(wù)器，即可通過網(wǎng)頁查看到各個設(shè)備詳細(xì)的工作狀態(tài)信息。同時，用戶還可以在網(wǎng)頁上通過人機(jī)界面直接對各個設(shè)備設(shè)置控制指令，監(jiān)視控制軟件按照統(tǒng)一的自定義接口格式將控制指令發(fā)送給業(yè)務(wù)處理服務(wù)器，由業(yè)務(wù)處理服務(wù)器進(jìn)行處理后發(fā)送給對應(yīng)的設(shè)備執(zhí)行，指令回執(zhí)則包含在設(shè)備工作狀態(tài)信息中，經(jīng)業(yè)務(wù)處理服務(wù)器發(fā)送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用戶通過監(jiān)視控制軟件即可及時得知控制指令執(zhí)行情況。在管理控制層中，用戶通過一臺監(jiān)視控制Web客戶端即可集中查看和管理監(jiān)測站所有設(shè)備的詳細(xì)工作狀態(tài)。

表1 監(jiān)測站監(jiān)測接收機(jī)本地監(jiān)控管理主要內(nèi)容

通過現(xiàn)場監(jiān)控層和管理控制層，監(jiān)測站實現(xiàn)了設(shè)備本地集中監(jiān)視控制功能，現(xiàn)場監(jiān)控層設(shè)備上報工作狀態(tài)給管理控制層，管理控制層進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視，并產(chǎn)生相應(yīng)控制指令發(fā)送給現(xiàn)場監(jiān)控層設(shè)備執(zhí)行。

這種通過現(xiàn)場監(jiān)控層和管理控制層實現(xiàn)監(jiān)測站多系統(tǒng)設(shè)備本地集中監(jiān)控管理的方式，已經(jīng)得到成功應(yīng)用。監(jiān)測站在此基礎(chǔ)上重點增強(qiáng)了對設(shè)備監(jiān)控管理的深度和廣度，盡量使得通過監(jiān)視控制軟件即可完成對設(shè)備所有工作模式及參數(shù)的設(shè)置，以監(jiān)測接收機(jī)為例，對其主要監(jiān)控管理內(nèi)容如表1所示。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控層

為了提升監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控的深度與廣度，全面加強(qiáng)監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理能力，遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元就能夠?qū)崿F(xiàn)對所有外場監(jiān)測站的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理。監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元組成如圖2所示，系統(tǒng)采用目前主流的B/S架構(gòu)。B/S模式中，在客戶端運行瀏覽器。瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫時，是以超文本形式向Web服務(wù)器提出訪問請求，Web服務(wù)器接受客戶端請求后，把這個請求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫語法，并交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器得到請求后，驗證其合法性，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；然后將處理后的結(jié)果返回給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再一次將得到的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，變成HTML文檔形式，轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端；客戶端瀏覽器以友好的Web頁面形式將數(shù)據(jù)顯示出來。

圖2 監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元組成架構(gòu)示意圖

監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元集成度高，集監(jiān)視與控制兩大功能于一體，用戶只需登錄Web服務(wù)即可實現(xiàn)對所有監(jiān)測站的監(jiān)視與控制管理操作，監(jiān)視與控制全面、操作直觀方便、沉浸感強(qiáng)、效率高，實現(xiàn)了對所有外場監(jiān)測站的多層次的、全覆蓋的監(jiān)控與管理。

4.1 多層次的狀態(tài)監(jiān)控

監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元實現(xiàn)多層次的狀態(tài)監(jiān)控，有兩個方面的體現(xiàn)：一是系統(tǒng)接收各個監(jiān)測站的系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級、設(shè)備級、模塊級等多個層次的工作狀態(tài)并進(jìn)行監(jiān)控；二是為節(jié)省通信帶寬，各個監(jiān)測站在沒有故障或告警時，回傳基本工作狀態(tài)，在出現(xiàn)故障或告警時，回傳出現(xiàn)故障部分的詳細(xì)工作狀態(tài)。

4.2 多層次的設(shè)備控制

監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元對各個監(jiān)測站設(shè)備的控制分為四個層次：一是實現(xiàn)信息處理中心與監(jiān)測站之間接口文件規(guī)定的控制指令，通常接口文件只規(guī)定了對主要設(shè)備的基本控制；二是除接口文件規(guī)定的控制指令外，將各個設(shè)備中能夠通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的控制指令，全部在遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元中實現(xiàn)；三是為了避免設(shè)備異常導(dǎo)致無法正常執(zhí)行控制指令的問題，在各個設(shè)備中增加重啟指令，遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元通過發(fā)送重啟指令完成設(shè)備重啟（軟重啟）；四是在軟重啟能力上進(jìn)一步增加硬重啟能力，避免軟重啟也失效的問題。監(jiān)測站選用智能PDU，并將設(shè)備設(shè)置為加電啟動模式，當(dāng)設(shè)備因故障或異常導(dǎo)致無法正常執(zhí)行重啟指令時，可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元遠(yuǎn)程控制相應(yīng)PDU孔位通斷電狀態(tài)來實現(xiàn)設(shè)備硬重啟，恢復(fù)設(shè)備工作狀態(tài)。

4.3 多層次的界面顯示

為提升用戶使用體驗，監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元實現(xiàn)多層次的界面顯示：

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測站地圖示意圖

1）監(jiān)測站地圖：用戶通過Web瀏覽器登錄遠(yuǎn)程監(jiān)視控制軟件后，最先呈現(xiàn)給用戶的界面是監(jiān)測站地圖界面，該界面顯示中國地圖，并對所有監(jiān)測站按照其地理位置在地圖上進(jìn)行標(biāo)識，同時顯示該監(jiān)測站的綜合工作狀態(tài)信息，綠色標(biāo)識表示工作狀態(tài)正常，紅色標(biāo)識表示工作狀態(tài)異常，如圖3所示。這樣，用戶能夠直觀地了解到所有監(jiān)測站的運行狀況。

2）機(jī)房三維場景：在監(jiān)測站地圖界面，用戶點擊某一監(jiān)測站時即可進(jìn)入該監(jiān)測站的訪問界面，顯示給用戶的是與該監(jiān)測站實際布局相同的機(jī)房三維場景，如圖4所示。各個設(shè)備均按照實物進(jìn)行三維建模并渲染顯示，每臺設(shè)備上顯示當(dāng)前運行的工況狀態(tài)，故障或告警設(shè)備以高亮狀態(tài)進(jìn)行顯示，如圖5所示。這樣，用戶可以非常直觀地了解該監(jiān)測站的整體運行情況。同時，屏幕一側(cè)也顯示按照邏輯功能劃分的菜單供用戶訪問。

圖4 機(jī)房三維場景示意圖

圖5 設(shè)備故障或告警高亮顯示示意圖

基于三級管理架構(gòu)的實時監(jiān)控管理技術(shù)具備以下特點：

1）站點全覆蓋：監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元通過地面網(wǎng)實現(xiàn)對外場監(jiān)測站的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，覆蓋所有站點；

2）監(jiān)視全覆蓋：監(jiān)測站遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元對監(jiān)測站的監(jiān)視，覆蓋監(jiān)測站本地監(jiān)控實現(xiàn)的所有監(jiān)視，即監(jiān)測站本地監(jiān)視控制軟件實現(xiàn)的所有監(jiān)視功能，在遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元中全部具備，本地監(jiān)視功能覆蓋率100%；

3）控制全覆蓋：遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元對監(jiān)測站的控制，覆蓋監(jiān)測站本地監(jiān)控實現(xiàn)的所有控制，即監(jiān)測站本地監(jiān)視控制軟件實現(xiàn)的所有控制功能，在遠(yuǎn)程監(jiān)控管理單元中全部具備，本地控制功能覆蓋率100%。

5 結(jié)論

本文提出了基于三級管理架構(gòu)的實時監(jiān)控管理技術(shù)來實現(xiàn)監(jiān)測站多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，本文提出的多系統(tǒng)設(shè)備集成監(jiān)控管理技術(shù)能夠100%覆蓋本地的監(jiān)視和控制功能，極大地提高了監(jiān)測站的自主監(jiān)控管理和自動化運行能力，確保監(jiān)測站能夠長期穩(wěn)定運行。

[1] 王賢良，馬煦. 衛(wèi)星監(jiān)測站智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J]. 電訊技術(shù)，2006，5：118-121.

[2] 黃俊華，陳文森. 連續(xù)運行衛(wèi)星地位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)教育出版社，2009.

[3] 朱新菊，張亞峰. 綜合自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)方法[J]. 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，9：44-47.

[4] 張锫. Linux系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理研究與應(yīng)用[J]. 中國科技信息，2005（14）.

[5] 尹常紅，袁文波，謝曉宇. 服務(wù)器系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理技術(shù)與應(yīng)用[J]. 電腦知識與技術(shù)，2013（30）.

Monitoring and Management Technology of Multisystem for Satellite Navigation Monitoring Station

YAO Xu, ZHANG Ke

In the satellite navigation system, the monitoring station carries on the signal receiving and observation of the on orbit satellite, completes the basic navigation, the location report and other kinds of business processing. The sable operation of the monitoring station is a crucial factor related to the stability of satellite navigation system to provide satellite navigation and other services. Due to the large number of monitoring stations which contains of multiple subsystems, how to achieve the independent monitoring and management, and automatic operation of monitoring stations is the key factor to ensure long-term, stable and reliable operation of monitoring stations. A real-time monitoring and management technology based on three level management architecture is proposed to realize the unified management of different subsystems and different equipments. Through the simulation, the monitoring and management technology of multiple systems has good effect, and it realizes the automation management of multi subsystem and equipment of the monitoring stations.

Satellite Navigation; Monitoring Station; Monitoring and Management Technology

TN967

A

1674-7976-(2022)-01-067-04

2021-06-03。

姚旭（1991.01—），陜西西安人，碩士，工程師，主要研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航監(jiān)測站。